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差厚铝合金板搅拌摩擦焊的数值模拟
| 论文题名： | 差厚铝合金板搅拌摩擦焊的数值模拟 |
| 关键词： | 差厚铝合金板;搅拌摩擦焊;数值模拟;温度场;残余应力;汽车零部件 |
| 摘要： | 搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接工艺，且本身兼有普通焊接技术优点。焊接传热过程与温度场分布是搅拌摩擦焊技术重要的研究领域之一，其对研究残余应力和焊接变形均有重要影响。而焊接冷却后存在的残余应力对构件可靠性，特别是疲劳寿命、尺寸稳定性和抗腐蚀性能等都具有十分重要价值。本文采用有限元分析并通过控制变量法，研究差厚铝合金板搅拌摩擦焊温度场及残余应力的分布情况。 本文根据搅拌摩擦焊特点，考虑米塞斯屈服准则和轴肩及搅拌针产热，以厚度为2mm和4mm的差厚6061-T6铝合金板材为研究对象，基于ABAQUS有限元分析软件，通过建立热源模型，对搅拌摩擦焊温度场与残余应力模拟分析。研究结果表明:2mm薄板峰值温度在446℃左右，4mm薄板峰值温度在441℃左右，温度场分布呈不对称椭圆状;差厚板残余应力主要表现形式是纵向残余应力，且在垂直焊缝方向上呈M形双峰分布，纵向残余应力先增大后减小，焊缝中心线附近区域的纵向残余应力是拉伸应力，并向母材边缘逐渐转化为压缩应力，横向应力表现为拉应力，但数值远低于纵向应力;且4mm薄板残余拉应力峰值和分布范围都比2mm薄板要小。 其次，利用所建数值模型，通过控制变量法，分别依次改变搅拌头转动速度、焊接速度以及搅拌头直径，对搅拌摩擦焊温度场和残余应力的影响规律进行研究。结果表明在控制变量法下:随着旋转速度的增大，差厚铝合金板工件峰值温度升高，4mm薄板较2mm薄板的高温区域温度场范围大，焊缝中心两侧的差厚板残余应力并不相同，差厚铝合金板两侧残余应力峰值均与搅拌头旋转速度成反比，且2mm薄板的纵向残余应力峰值大于4mm薄板。各点温度在不同焊接速度下均经历一个峰值，且峰值温度大小与焊接速度成反比;纵向残余应力峰值出现在搅拌区域的边缘，随着焊接速度的增大，差厚板纵向残余应力均相对增大。而2mm薄板峰值残余应力略大于4mm薄板。差厚铝合金板温度场与轴肩直径呈正比，且4mm薄板比2mm薄板的高温区域大。随着轴肩直径的增加，差厚板的低温区域逐渐增大，同时随着轴肩直径增大，纵向残余应力峰值也增大。 课题研究对指导差厚铝合金板搅拌摩擦焊接工艺参数的科学制定;以及对进一步的实验验证，节约实验成本，均有着重要的意义。 |
| 作者： | 杨霖 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张渝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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